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哈尔滨变频柜工程改造项目哈尔滨PLC自动化工程
更新时间:2017-02-22

  阿尔法变频器在制药、化工行业改造中的应用

  化工、制药行业是现今工企业内耗电大户,目前我国是世界上******的发展中国家,自然资源的依赖程度约占60%以上,能源问题是一个严峻的挑战,从根本上解决能源问题有两条途径:一是开源,二是节能。变频节能技术就是应用面广、见效快、投资回收期短的高效节能新技术,目前在冶金、矿山、石油、化工、医药、纺织、机械、电力、建材、造纸、印刷、供水、空调等各行各业已得到广泛的应用。下面主要针对化工及制药行业常见的搅拌器、离心机生产中的利与弊进行分析。

  1、搅拌器(发酵罐、搅拌罐)类负载

  搅拌器类负载也是制药及化工车间最常见、比较多的负载,功率规格较多,从变频器选型上选择同等功率的恒转矩变频器。

  2、离心机类负载

  离心机械属于大惯量负载,速度变化较大,一般都要配制动单元、制动电阻,实现快速停车。工作周期是反复短时制,甚至是正反转的控制。

  原有系统缺陷:

  ■启动时电流大,对电网冲击过大。

  ■启动时机械冲击大,使用寿命低。

  ■噪音大,腐蚀性气体对电子原件腐蚀较严重。

  ■调节精度较差。

  ■故障率高、维修时间较长、费用较高等

  ALPHA6000系列阿尔法矢量型变频器优势:

  ■ALPHA6000矢量型变频器低频转矩大,0.5Hz可以达到150%的启动转矩;

  ■采用变频控制,在满足工艺要求的前提下,达到了******限度的节能;

  ■对电机实行软启动,电网无冲击,延长了机械使用寿命;

  ■全系列独立风道设计,散热器柜内、柜外安装可选,减小了由风扇散热过程中灰尘对核心器件积累。对长期运行提供了可靠性。

  ■三防漆(防尘、防潮、防腐蚀)加厚处理,有效的避免了气体对变频内部板件的腐蚀控制精度、稳速精度高。动态响应快。能快速响应负载变化和外部控制命令。,

  阿尔法变频器在锅炉改造中的应用

  一、工频控制系统缺陷

  ■锅炉给水泵是连续恒速运行的,且流量的控制是通过调节管路中调节阀和支路回流实现的,采用调节阀调节时,由于阀门开度的减小,水泵出口的压力上升,阀门两边的压差将增大,造成能量的浪费同时还易损害阀门和轴承的磨损。

  ■锅炉的鼓(引)风机的风量随温度(负压)变化而经常产生变化的,采用阀门调节,操作不便还不易控制准确,高速运行的风机产生的噪音对环境也产生极大的污染。由于长时间高速运行,风机轴承和电机温升都很高,设备的使用寿命降低。

  二、工艺要求

  ■炉膛负压保持稳定。

  ■汽包水位保持稳定。

  三、变频控制方案

  1、鼓、引风机连锁:

  只能先启动引风机,鼓风机才能启动,鼓风机无法单独开启。若引风机掉电鼓风机立即停机。

  2、引风机

  锅炉引风机闭环控制原理框图如图所示,采用微差变送器、变频器、引风机组成的压力闭环回路自动控制引风机的转速,使炉膛保持稳定的微负压。

  3、鼓风机

  鼓风机变频改造闭环控制原理框图如图所示,采用温度变送器、变频器、鼓风机组成的温度闭环回路自动控制鼓风机的转速。

  4、给水泵

  给水泵变频改造闭环控制原理框图如图所示,采用压力变送器、变频器、给水泵组成的压力闭环回路自动控制给水泵的转速,使汽包水位保持稳定值。

  5、系统有变频运行和工频运行两种方式,当变频出现故障时,可切换到工频运行。

  四、变频控制优势

  ■节能效果明显。

  ■容易实现协调控制和闭环控制。

  ■实现电机软起动,减小冲击电流。

  ■降低设备运行损耗,延长设备使用寿命。

  阿尔法变频器在矿用提升机改造中的应用

  一、技术特点

  阿尔法ALPHA6000系列可编程矿用提升机变频控制系统是我公司自主开发的针对矿山企业的变频调速产品,既可用于新矿井安装,也可用于老矿井改造,是一套性能在国内居领先水平的电控系统,它有如下技术特点:

  (一)本系统对环境要求较低。在电网波动± 20% 范围内,恒转矩提升,不会因为电网波动影响负载提升情况。

  (二)可实现重载低速启动。电机软启动,启动力矩大,带负载能力强。

  (三)速度调节灵活。电机可实现无级调速,加、减速过程很平滑,电流冲击小,大大减轻了机械冲击的强度。

  (四)采用芯片统一控制和 PLC 外端电路接口相结合,使调速系统具有很高的可靠性,同时利用 PLC 强大的控制能力实现灵活的控制方式。

  (五)安全保护功能齐全。除了过压、欠压、过载、过热、短路等自身保护外,还设有外围控制的连锁保护,包括制动闸信号与正、反转信号的连锁,变频器故障信号与系统安全回路的连锁,机内备有自动减速程序等。

  (六)本系统采用矢量型控制技术,比V/F型更具可靠性。

  矢量型控制技术与V/F型控制技术相比,具有以下优点:

  ■低频转矩特性好。

  ■有零速转矩保持功能。

  ■动态响应特性好,能快速响应负载变化和外部控制命令。

  ■速度控制精度高,方便实现高精度的同步控制。

  ■直接转矩控制特性,方便实现张力控制方案。

  (七)本系统采用模块化设计,具有以下优点:

  ■易于为客户提供量身定做的开放平台。

  ■易于设备的升级与维护 。

  ■全面降低应用成本。

  (八)本系统具有开放的二次开发平台:一体化控制器包括LCD显示单元、I/O接口、按键逻辑中央逻辑与数据处理单元。方便实现客户定制的一体化控制方案,提供客户技术增值的低成本平台。

  二、变频调速系统可以实现自动运行和手动运行两种方式

  ■自动运行方式

  利用机内 PLC 强大的控制能力,通过设置适当的参数,变频器就可以实现自动化运行,极大地提高了提升机的运行效率。

  提升机运行过程中,除开、停机外,可以不需要人工干预。

  ■手动运行方式

  该方式下,操作者通过主令控制器控制电机转速,以实现电机的爬行、加速、减速、恒速运行,但在系统给出减速信号后,为保证整个系统安全,变频器仍然会启动机内自动减速程序。

  三、应用前景及效益分析

  目前在煤炭领域开发同类产品的公司虽然较多,但石家庄三联汇达电气有限公司是以交流变频、PLC、计算机为技术重点的科技型企业,服务于矿山电气自动化领域,公司始终致力于提高矿山企业的自动化程度、增产增效,不断完善和推出使矿山更满意的自动化产品。实践证明我公司自主研发的HC-T系列可编程矿用提升机变频控制系统具有简单、可靠性高、节能、高效、保护功能齐全、便于自动控制等特点,完全可以替代传统的控制模式,在功能和技术集成创新方面,达到了国内先进水平,具有非常高的推广价值。该系统节能效果明显,节电率都在30%以上。同时变频改造后设备运行的稳定性和安全性都大大增加,因此大大减少了运行故障和维修时间,矿区的产量明显提高,得到了用户的好评。

  阿尔法变频器在皮带运输设备改造中的应用

  变频调速是近年来兴起的一门新技术,它是通过改变电源频率来实现速度的调节,因其具有调速平稳、瞬态稳定性高、节能等特性越来越被人们所重视。随着变频调速技术的不断成熟,变频调速装置在皮带运输设备上的应用也越来越广泛。我公司生产的ALPHA6000系列皮带运输变频调速控制设备具有以下特点:

  ■真正实现了带式输送机系统的软起动。运用变频器的软起动功能,将电机的软起动和皮带机的软起动合二为一,通过电机的慢速起动,带动皮带机缓慢起动,将皮带内部贮存的能量缓慢释放,使皮带机在起动过程中形成的张力波极小,几乎对皮带不造成损害。

  ■实现皮带机多电机驱动时的功率平衡。应用变频器对皮带机进行驱动时,一般采用一拖一控制,当多电机驱动时,采用主从控制,实现功率平衡。在山西某煤矿主井皮带为3×135KW电机驱动,采用主从控制后,轻载时主从电机电流相差5A左右,满载时相差2A左右。基本实现了皮带机多电机驱动时的功率平衡。

  ■降低皮带带强。采用变频器驱动之后,由于变频器的起动时间在1S~6500S可调,通常皮带机起动时间在60S~200S内根据现场设定,皮带机的起动时间延长,大大降低对皮带带强的要求,降低设备初期投资。

  ■降低设备的维护量。变频器是一种电子器件的集成,它将机械的寿命转化为电子的寿命,寿命很长,大大降低设备维护量。同时,利用变频器的软起动功能实现带式输送机的软起动,起动过程中对机械基本无冲击,也大大减少了皮带机系统机械部份的检修量。如山西某煤矿主井皮带采用变频器驱动后,仅皮带扣一项年节约费用就达一万多元。

  ■启动平滑,转矩大,没有冲击电流,可实现重载启动。

  ■节能。在皮带机上采用变频驱动后的节能效果主要体现在系统功率因数和系统效率两个方面。

  a、 提高系统功率因数

  通常情况下,煤矿用电机在设计过程中放的裕量比较大,工作时绝大部分不能满载运行,电机工作于满电压、满速度而负载经常很小,也有部分时间空载运行。由电机设计和运行特性知道,电机只有在接近满载时才是效率******、功率因数******,轻载时降低,造成不必要的电能损失。这是因为当轻载时,定子电流有功分量很小,主要是励磁的无功分量,因此功率因数很低。采用变频器驱动后,在整个过程中功率因数达0.9以上,大大节省了无功功率。

  b、 提高系统效率

  采用变频器驱动之后,电机与减速器之间是直接硬联接,中间减少了液力耦合器这个环节。而液力耦合器本身的传递效率是不高的,且主要是通过液体来传动,液体的传动效率比直接硬联接的传动效率要低许多,因而采用变频器驱动后,系统总的传递效率要比液力耦合器驱动的效率要高5%~10%。

  另外,矿井通常离变电站距离较远,不同时段电压波动较大,利用变频器的自动稳压功能,也有部份节能作用。

  综上所述,采用HC-P系列皮带运输变频调速控制技术来改造传统的带式输送机驱动系统,不仅在技术的先进性还是带来的社会及经济效益方面都是巨大的,随着变频调速技术的不断成熟,在带式输送机的驱动上变频器将占主导地位。

  阿尔法变频器在浆纱机改造中的应用

  一、浆纱机工艺及要求

  工艺概述

  浆纱机在纺织的全过程中处于纺纱机之后,织布机之前,主要工艺目的是给纱线上浆。浆纱机从纱线的开卷,即放线机无动力被牵引电机被动的拉动,为克服减速、停机时纱线松弛,始终加以摩擦阻力;然后通过浆槽浸浆,烘房烘干,中间要经过伸长控制、温度控制、回潮控制、张力控制、计长控制等,使纱变为具有所需要的温度、湿度、伸长度等实用价值的纱。

  二、浆纱机改造硬件配置方案

  牵引部分

  牵引电机功率15KW,考虑到会长期低速运行,选用独立冷却风扇的变频电机+旋转编码器PG,和MD320T15G矢量变频器一起构成闭环矢量控制拖动。牵引机的功能主要有两个,第一是拖动烘缸,烘干上过浆的纱线;第二是牵引两层纱线进行有序排列。

  收卷部分

  收卷电机功率22KW,考虑到满卷时会长期低速运行,应选用独立冷却风扇的变频电机+旋转编码器PG ,和MD330T22G张力专用变频器一起构成张力开环转矩控制模式。张力开环转矩控制模式不需要张力反馈,系统结构最简单,能够获得更平稳的张力。

  控制和显示部分

  控制系统选用PLC作为控制器件。同步给定、比例给定、转矩给定、卷经变化时的转矩补偿、启停信号等都由PLC提供。 同时上轴压纱部分也由PLC控制,以提高此部分的可靠性。

  显示部分用图形操作终端,工艺过程、参数一目了然,快捷键操作非常方便。

  三、浆纱机改造硬件配置示意图

  四、变频改造优势

  改造后的浆纱机采自动化程度高,设计控制精度好, 对品种的适应性强,能广泛地满足对宽幅、细支、高密织物的上浆要求,与各种有梭和无梭织机配套。各类测试结果表明,其产品各项指标达到或超过进口浆纱机的指标,布机效率和织布质量较以前明显提高,为企业创造了良好的经济效益。

  阿尔法变频器在活塞空压机改造中的应用

  一、工艺要求

  空气压缩机是用来使气体增加压力,以利于输送并提高气体的压力能,从而满足生产工艺或动力设备需要的一种专用机器,在陶瓷、玻璃、玩具、制衣、机械制造、塑料、拉丝等多个行业中普遍应用。传统的活塞式压缩机靠压力继电器进行启停控制,压缩电机一般采取直接启动或传统的降压启动方式,启动存在较大的电气和机械冲击,且压缩机存在供气压力波动大、压缩电机启停频繁易损坏、噪音大、机件磨损快、维护量大、维护成本高等实际应用缺陷。

  二、改造方案

  空压机变频控制系统由变频器、压力传感器、控制指示线路组成:

  工作过程采用压力传感器装置检测管网的压力,由检测显示仪表将反应输出压力的模拟信号传送到变频器,变频器根据反馈信号和设定信号进行比较利用变频器内部的PID进行自动输出频率调节以实现自动调节压缩电机的转速和输出功率,形成一个闭环反馈系统维持管网的压力恒定和自动控制。

  三、方案优势

  活塞式压缩机施行变频控制改造后的优势简介如下:

  ■实现了平滑软启动,避免了电气和机械冲击延长了压缩电机和压缩机件的使用寿命;

  ■ALPHA6000阿尔法变频器启动时满力矩的特性满足了空压机重载情况下的启动要求;

  ■实现了自动无级调速,自动维持供气压力恒定;

  ■实现了节能运行,在优良自动控制的同时实现了节能;

  ■空压机噪音大大降低;

  ■可以用在多台空压机的并网供气场合;

  ■降低了空压机的维护量和维修成本;

  ■具有综合的短路、过流、过压、过载、欠压诸多保护功能;

  正是由于以上诸多优势使汇川变频器在空压机变频改造中得以广泛应用。

  阿尔法变频器在造纸线改造中的应用

  一、工艺要求

  造纸行业以其传动点多、同步性要求高、连续化生产的特点,与冶金行业一起被称为自动化控制要求******的行业。造纸机械的基本组成部分按照纸张形成的顺序分为网部、压榨、前干燥、后压榨、后干燥、压光机、卷纸机等。其工艺为流浆箱输出的纸浆在网部脱水成型,在压榨部进行压缩使纸层均匀,经过前干燥进行干燥,接着进入后压榨进行施胶,再进入后干燥器烘干处理,然后利用压光机使纸张平滑,最后通过卷纸机形成母纸卷。

  二、系统方案

  该电气控制系统主要由西门子PLC和阿尔法ALPHA6000变频器组成,通过PLC和变频器的485通讯实现过程控制。

  三、系统优势:

  ■纸机传动系统同步效果非常好,动态响应快,控制精度高,可达到0.01Hz。

  ■各分部具有微升、微降和拉紧、放松功能,能显示各分部线速度。相关联的分部具有单动、联动功能。

  ■系统具有爬行速度。为方便检查、清洗聚酯网、压榨毛毯、以及检查各分部的运行情况,各分部具有15~30米/分可调的爬行速度。

  ■系统操作方便,可以存储几组不同纸张正常的生产参数,在开车前可以调出,方便工人操作。

  ■纸机控制系统具有良好的接口能力,可与DCS控制、蒸汽控制等子系统连接。

  阿尔法变频器在风机水泵改造中的应用

  1、引言

  在各种工业用风机、水泵中,如锅炉鼓、引风机、深井、离心泵等,大部分是额定功率运行。风机流量的设计均以******风量需求来设计,其调整方式采用档板、风门、回流、起停电机等方式控制,无法形成闭环控制,也很少考虑省电;水泵流量的设计同样为******流量,压力的调控方式只能通过控制阀门的大小、电机的启停等方法。电气控制采用直接或Y△启动,不能改变电机的转速,无法具有软启动的功能,机械冲击大,传动系统寿命短,震动及噪声大,功率因数较低。

  2、变频调速的节能意义

  变频调速是近年来兴起的一门新技术,它是通过改变电源频率来实现速度的调节,因其具有调速平稳、瞬态稳定性高、节能等特性越来越被人们所重视。随着变频调速技术的不断成熟,变频调速装置在风机水泵设备上的应用也越来越广泛。

  采用变频器直接控制风机、泵类负载是一种最科学的控制方法。利用变频器内置PID调节软件,直接调节电动机的转速,保持恒定的水压、风压,从而满足系统要求的压力。由于变频器可实现大的电动机的软停、软起,避免了启动时的电压冲击,可减少电动机故障率,延长使用寿命,同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗,设备运行工况得到明显改善,系统的安全可靠性和设备利用率得到提高,节能效果十分显著。

  3、风机水泵变频调速节能原理

  通过流体力学的基本定律可知:风机、泵类设备均属平方转矩负载,其转速n与流量Q、压力H以及轴功率P具有如下关系:Q∝n1,H∝n2,P∝n3;即,流量与转速成正比,压力与转速的平方成正比,轴功率与转速的立方成正比。

  Q2=Q1(n2/n1)

  H2=H1(n2/n1)

  P2=P1(n2/n1)

  因而,理想情况下有如下关系:

  流量(%)转速(%)压力(扬程)(%)功率(%)

  100100100100

  90908172.9

  80806451.2

  70704934.3

  60603621.6

  50502512.5

  由上表可见:当需求流量下降时,调节转速可以节约大量能源。例如:当电机在额定转速的80%运行时,理论上其消耗的功率为额定功率的(80%),即51.2%,去除机械损耗、电机铜、铁损等影响,节能效率也接近40%,同时也可以实现闭环恒压控制,节能效率将进一步提高。如采用传统的挡板、阀门方式调节,虽然也可相应降低能源消耗,但节约效果与变频相比,则有天壤之别。

  4、HC-F/S系列风机水泵变频节能设备功能与特点

  我公司生产的ALPHA6000系列风机水泵变频节能设备具有以下技术特点:

  ■采用阿尔法变频器控制电机的转速,取消挡板、阀门调节,降低了设备的故障率,节电效果显著。

  ■实现了电机的软启动,延长了设备的使用寿命,避免了对电网的冲击。

  ■电机将在低于额定转速的状态下运行,减少了噪音对环境的影响。

  ■具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能。

  ■运转状态灵活多样,可手动控制也可完全实现自动控制,且可与设备其他自控装置进行电气连锁,实现设备的自动保护及计算机控制,不会因事故影响生产。

  ■安装时可不破坏原有的配电设施及环境,不影响生产。

  ■只需调节电位器旋钮即可调整流量,操作方便。

  风机、泵类等设备采用变频调速技术实现节能运行是我国节能的一项重点推广技术,《中华人民共和国节约能源法》第39条就把它列为通用技术加以推广。实践证明,变频器用于风机、泵类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果,是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率,又满足了生产工艺要求,并且大大减少了设备维护、维修费用,还降低了停产周期。直接和间接经济效益十分明显,设备一次性投资通常可以在9个月到16个月的生产中全部收回。

  阿尔法变频器在节能改造中的分析

  一、负载类型与节能关系

  生产机械是各式各样,种类繁多的,但负载类型主要有三类,它们与节能的关系见表1。表中的P(KW)、M(nm)、n(r/min)。

  表1 负载类型与节能关系

  二、风机水泵节能原理

  风机水泵的轴功率P与其风(水)量Q、扬程H之间的关系为:P正比Q*H,当流量Q1变化到Q2时,电动机的转速为n1、n2 , 此时Q、H、P相对于转速的关系如下:

  Q2=Q1×( n2 / n1)

  H2=H1×( n2 / n1 )2

  P2=P1×( n2 / n1 )3

  风机水泵H-Q特性曲线图

  n1-代表风机水泵在额定转速运行时的特性;

  n2-代表风机水泵降速运行在n2转速时的特性;

  R1-代表风机水泵管路阻力最小时的阻力特性;

  R2-代表风机水泵管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。

  风机水泵在管路特性曲R1工作时,工况点为A,其流量压力分别为Q1、H1,此时风机水泵所需的功率正比于H1与Q1的乘积,即正比于AH1OQ1的面积。由于工艺要求需减小风量(流量)到Q2,实际上通过增加管网管阻,使风机水泵的工作点移到R2上的B点,风压(水压)增大到H2,这时风机水泵所需的功率正比于H2Q2的面积,即正比于BH2OQ2的面积。显然风机水泵所需的功率增大了。这种调节方式控制虽然简单、但功率消耗大,不利于节能,是以高运行成本换取简单控制方式。

  若采用变频调速,风机水泵转速由n1下降到n2,这时工作点由A点移到C点,流量仍是Q2,压力由H1降到H3,这时变频调速后风机水泵所需的功率正比于H3与Q2的乘积,即正比于CH3OQ2的面积,由图可见功率的减少是明显的。

  由上述原理可知,降低风机水泵的转速,风机水泵的输出功率将下降更多。

  三、节能计算

  将电机的供电频率由50Hz降为40Hz,则理论上,频率改变后与改变前的输出功率之比为 (40/50)3 = 51.2%。例如:一台水泵电机功率为55KW,当转速下降到原转速的4/5时,其耗电量为28.16KW,省电48.8%,当转速下降到原转速的1/2时,其耗电量为6.875KW,省电87.5%。

  风机、泵类等设备采用变频调速技术实现节能运行是我国节能的一项重点推广技术,受到国家政府的普遍重视,《中华人民共和国节约能源法》第39条就把它列为通用技术加以推广。实践证明,变频器用于风机、泵类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果,是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率,又满足了生产工艺要求,并且因此而大大减少了设备维护、维修费用,还降低了停产周期。直接和间接经济效益十分明显,设备一次性投资通常可以在9个月到16个月的生产中全部收回。